自密实橡胶混凝土性能研究综述

田 雷，邱流潮，胡 筱

(1.中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083；2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,成都 610072)

0 引 言

自密实混凝土(Self-Compacting Concrete，SCC)是一种能够在自身重力作用下将复杂空间填充密实的新型混凝土，该材料自20世纪80年代日本学者Okamura等[1]首次提出以来已在全世界范围内被广泛使用。此外，SCC具有良好的流动性、均质性、填充性和抗离析性，其硬化后的力学性能和耐久性能与普通混凝土相似。但是通常情况下，硬化后的SCC脆性较强、弹性和变形能力较弱，这将严重不利于其在一些工程应用中的耐久性和使用寿命。另一方面，随着全球经济的快速发展和工业化水平的不断提高，汽车数量在急剧增加的同时，大量报废轮胎的处理成为了全世界共同面临的难题。根据资料显示，仅在欧洲和美国每年大概有830万t报废轮胎被丢弃[2]，在澳大利亚仅2013年大概产生了5 100万条废弃轮胎[3]。而在世界范围内每年大概有10亿条轮胎被报废，其中大约50%的废旧轮胎在没有经过任何处理的前提下被丢弃、掩埋；到2030年，全世界每年报废的轮胎数量将达到12亿条[4]。大量废弃轮胎未经过任何加工处理被露天堆放、掩埋、焚烧，不仅会严重污染土壤、大气和水源，还会造成橡胶资源的严重浪费[5-7]。在过去几十年间，如何有效减轻废弃轮胎造成的“黑色污染”[8-9]、促进自然资源和经济社会的可持续发展已经吸引了世界各国专家学者的广泛关注，如何回收利用废弃轮胎已经成为全世界研究的热点话题[10]。

由于废弃轮胎橡胶自身具有良好的弹性和变形能力，且具有一定的耐碱腐蚀性，将废弃轮胎破碎加工成具有一定形状、大小和级配的橡胶颗粒并作为骨料掺加到混凝土中，已经成为一种提升SCC变形能力和处理废弃轮胎的新手段。从工程角度看，将废弃轮胎橡胶掺入SCC中能够有效降低后者的脆性，增强其变形能力；从生态环保角度看，将废弃轮胎橡胶掺入SCC中不仅能够有效减轻废弃轮胎造成的“黑色污染”，还能减少对自然砂石骨料的消耗，促进自然资源的可持续利用及人类社会的可持续发展。已有研究表明由于SCC具有流动性强和免振捣的独特优势，将密度小、质量轻的废弃轮胎橡胶加工成骨料掺加到SCC中，橡胶颗粒能够在SCC流动填充过程中均匀分布[3,11]，并且能够有效提高常规SCC硬化后的抗冲击能力[12-14]、变形能力[15]、延展性和耐久性[16-17]。由于自密实橡胶混凝土(Self-Compacting Rubberized Concrete，SCRC)具有良好的流动性、抗离析性、抗冲击性、抗冻性等性能，其已被广泛应用在一些工程领域，如港口码头、防护堤、海洋平台、高速公路、机场跑道、铁路枕轨、桥梁护栏等[18-21]。

在过去十年间，国内外学者针对SCRC的性能及应用进行了大量科学研究，并取得了丰硕的成果。本文目的是对过去十年间国内外针对SCRC的研究工作进行综合介绍，其中重点介绍掺加橡胶骨料对SCC自密实性能、力学性能、耐久性能和内部微观结构的影响。最后对SCRC的研究结论进行归纳总结，提出仍需解决的问题并对未来研究进行展望，以期能够为高性能SCRC的研究及推广提供一定的借鉴和参考。

1 自密实性能

1.1 流动性、粘聚性、间隙通过性和抗离析性

与常规SCC相同，良好的自密实性能同样是新拌和SCRC的重要特征，其中具体包括流动性、粘聚性、间隙通过性和抗离析性[22]，上述性能均可以通过表1中所示的一种或几种试验方法进行判定，性能等级如表2中所示[23]。良好的自密实性能能够保证SCRC在重力作用下将复杂空间填充密实，从而保证材料硬化后的性能。

表1 自密实性能及测试方法[23]Table 1 Self-compacting ability and test methods[23]

表2 自密实性能分级[23]Table 2 Self-compacting ability classes[23]

续表

在研究中发现无论橡胶颗粒是何种形状和粒径大小，随着橡胶颗粒掺量的增加，SCRC的流动性和间隙通过性均会下降[24-26]，粘聚性增强[22,27]，如表3中所示。此外，部分研究发现橡胶颗粒级配与自然骨料越接近，对自密实性能产生的不利影响越小[21,28]。掺加橡胶颗粒造成SCRC自密实性能下降的原因主要包括：(1)橡胶骨料表面粗糙，随着掺量的增加，混凝土拌合物在流动过程中橡胶骨料之间的摩擦频率增加，骨料之间会发生“互锁”作用[29-30]；(2)橡胶颗粒在混凝土拌合物中容易聚集，包裹部分自由水[31]。部分研究发现通过调整增塑剂[3,32]、高性能减水剂[20,33]和粘度改性外加剂[3]用量可以有效改善SCRC的自密实性能。此外，也有少量研究结果与上述结论存在差异。例如马昆林等[34]在试验中用4～8目(4.75～2.36 mm)的橡胶颗粒取代砂子体积的5%、10%、15%、20%，发现当取代体积不超过15%时，随着橡胶颗粒掺量的增加，SCRC的流动性和间隙通过性均提高。Mishra等[35]在研究中用5 mm和10 mm的粗橡胶骨料取代自然粗骨料总体积的5%、10%、15%、20%，结果发现随着粗橡胶骨料掺量的增加，SCRC的流动性、粘聚性、间隙通过性均会增强。造成上述现象的主要原因是掺加橡胶颗粒使得SCRC的容重减小并且气泡数量增加，其中气泡在SCRC的流动过程中起到润滑作用[34]。

另一方面，良好的抗离析性是保证SCRC均质性和施工质量的前提。现有研究中检测混凝土拌合物抗离析性的主要方法为筛分离析试验[23]和静态沉降柱试验[31]。大部分研究表明无论橡胶颗粒的类型和粒径大小，随着掺量的增加，混凝土拌合物的稳定性均会下降，抗离析能力减弱[24,36-37]，这主要是因为橡胶颗粒相比于自然骨料，具有密度小、质量轻、疏水的特性，在SCRC的流动过程中，橡胶颗粒具有向上运动的趋势，从而降低了SCRC的稳定性[38]。通过增加胶凝材料用量、对橡胶颗粒表面进行水洗处理等方式，SCRC的稳定性可以得到有效改善，抗离析性能显著提高[3,33]，并且研究发现水洗浸泡方式是一种简便有效的方法[3]。然而，极少研究发现用连续级配的细橡胶颗粒等体积取代自然砂，随着橡胶颗粒掺量的增加，自密实轻骨料混凝土的抗离析性能增强，这归因于橡胶颗粒对自密实砂浆的增稠效应[31]。

表3 自密实性能与橡胶颗粒掺量的关系Table 3 Relationship between self-compacting ability and rubber content

1.2 孔隙率和含气量

由于橡胶颗粒表面粗糙，用橡胶颗粒取代自然骨料会使得混凝土拌合物中的孔隙率和含气量增加[42]，并且掺量越大，含气量越大[34]。例如Li等[16]在试验中分别使用2～4 mm、1～2 mm、0～0.3 mm的橡胶颗粒取代砂子，结果发现随着橡胶颗粒掺量的增加及粒径的减小，新拌和SCRC中的含气量逐渐增加，如图1所示。Ismail等[39]在研究中用粒径不超过4.75 mm的橡胶颗粒取代砂子体积的5%、15%、25%，并发现随着橡胶颗粒体积的增加，新拌和SCRC的含气量从1.5%分别增加到2%、3.1%和4.6%。此外，Ismail等[40]还在研究中用细橡胶颗粒取代砂子体积的5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%，结果发现当橡胶掺量从体积分数0%增加到40%时，新拌和SCRC中的含气量从1.5%增加到6.8%。

图1 含气量与橡胶颗粒含量、尺寸的关系[16]Fig.1 Relationship between air content and rubber aggregate content and size[16]

1.3 流变特性

新拌混凝土是一种触变性材料，而流变特性是表示其流动性和均质性强弱的一项重要指标[43]。在研究中，Wu等[44]表示砂浆的流变特性决定了SCC的流动性和抗离析性，因此可以通过研究砂浆流变特性表示SCC的流变性能。例如Güneyisi[22]在试验中用级配与砂子相近的橡胶颗粒取代砂子总体积的0%、5%、15%和25%，并用布鲁克菲尔德DV-E型流变仪检测了自密实橡胶砂浆(Self-Compacting Rubberized Mortar,SCRM)的塑性粘度，试验结果发现当流变仪转速相同时，橡胶掺量越多，塑性粘度越大，并且随着转速的提高，SCRM的塑性粘度会下降。Lv等[31]在研究中用级配分布与砂子相近的橡胶颗粒取代砂子体积的10%、20%、30%、40%、50%，然后用R/S流变仪检测了SCRM的流变性能，并用Bingham模型描述其流变特性。研究发现随着橡胶颗粒掺量的增加，SCRM的屈服应力和塑性粘度均显著提高，并且用Bingham模型描述剪切应力随剪切速率的变化关系依然是可行的，结果如图2、图3所示。Güneyisi等[45]在试验中用5目(4.00 mm)、18目(1.00 mm)以及二者的混合物分别取代细骨料，用橡胶碎片取代粗骨料，取代比例均为骨料体积的5%、10%、15%、20%和25%，然后用ICAR流变仪检测新拌和SCRC的流变特性，并用Herschel-Bulkley模型和改进的Bingham模型对流变特性进行了表征。结果表明掺加橡胶骨料会增大流变仪的扭矩，并且SCRC表现出明显的剪胀性，尤其是掺加粗橡胶骨料的SCRC。此外，橡胶骨料掺量越高，Herschel-Bulkley模型中的n值和改进Bingham模型中的c/μ值越大(其中，n为幂指数，μ和c分别为剪切速率和剪切速率平方的系数)，即新拌和SCRC的剪胀特性越明显。

图2 流变特性与橡胶骨料含量的关系[31]Fig.2 Relationship between rheological properties and rubber aggregate content[31]

图3 不同橡胶颗粒含量的砂浆流变曲线[31]Fig.3 Flow curves of mortar pastes on various replacement levels of rubber particles[31]

尽管在研究中通常使用流变仪对SCRM或SCRC的流变特性进行检测分析，但是采用流变仪对流变特性进行研究的方法过程较为复杂，试验结果容易受仪器搅拌和仪器型号参数的影响。因此，在未来研究中有必要使用更简便、更准确的方法对SCRM和SCRC的流变特性做更充分的研究。

2 力学性能

2.1 抗压强度

研究发现无论将橡胶以何种形状、粒径大小、级配掺加到SCRC中，均会造成SCRC抗压强度的下降[46-49]，如表4中所示。例如在研究中龙广成等[50]采用连续级配的细橡胶颗粒等体积取代砂子，研究发现每增加1%体积分数的橡胶颗粒，SCRC抗压强度约下降4.5%。Hilal[21]在试验中用18目(1.00 mm)、5目(4.00 mm)及二者的混合物分别取代砂子体积的5%、10%、15%、20%、25%，并发现90 d龄期的混凝土抗压强度随着橡胶掺量的增加而逐渐降低，并且橡胶颗粒越粗，对抗压强度的不利影响越大，但是SCRC的抗压强度均能达到30 MPa以上。造成SCRC抗压强度下降的主要原因概括为以下几点：(1)相比于周围的混凝土，橡胶颗粒自身的弹性模量较小，在混凝土内部形成了软弱部位[51]；(2)橡胶颗粒与周围混凝土之间的界面粘结强度较弱，这使得混凝土在受压破坏时，内部裂缝首先沿着薄弱界面快速发展[52]；(3)掺加橡胶颗粒起到一定的引气作用，造成混凝土中孔隙体积增加[34]。

表4 抗压强度与橡胶颗粒掺量的关系Table 4 Relationship between compressive strength and rubber content

研究中为了降低掺加橡胶颗粒对SCRC抗压强度造成的不利影响，可以对橡胶颗粒表面进行预处理或者额外掺加其它胶凝材料[56-57]。例如Si等[20]在研究中用经过NaOH溶液处理的橡胶颗粒取代细骨料，有效减小了SCRC抗压强度的衰减幅度，这主要是由于采用NaOH溶液浸泡会使橡胶颗粒表面形成弱碱性，从而提高水泥浆在橡胶颗粒表面处的水化反应，增强橡胶颗粒与周围基质间的界面粘结强度[58-59]。此外，Ismail等[40]在研究中发现当橡胶体积掺量为20%、30%、40%时，掺加偏高岭土的SCRC试块7 d抗压强度分别提高了73.1%、60.7%和58.0%，28 d抗压强度分别提高了44.3%、47.2%和56.2%，这是因为掺加偏高岭土提高了新拌和SCRC的粘聚性和均质性。

尽管掺加橡胶颗粒会对SCRC的抗压强度产生不利影响，但是当橡胶颗粒掺量较低时，SCRC的抗压强度依然能够满足大部分的工程需求[60]。针对掺加橡胶颗粒会造成SCRC抗压强度下降的问题有必要进行更多的橡胶表面改性和填充材料优选的试验研究。

2.2 劈裂抗拉强度

混凝土劈裂抗拉强度在高速公路等工程领域中是非常重要的力学性能[61]，因此研究掺加橡胶对SCRC劈裂抗拉强度的影响规律十分必要。研究发现，橡胶颗粒不管以何种形状、粒径掺加到SCRC中，均会造成硬化后SCRC劈裂抗拉强度的下降，并且掺量越多，强度越低，如表5中所示。造成SCRC劈裂抗拉强度下降的原因与造成抗压强度下降的原因相似，均可以归因于橡胶颗粒的低弹模、橡胶颗粒与周围混凝土界面粘结强度较弱、掺加橡胶颗粒导致混凝土内部孔隙体积增加[20]。为了降低掺加橡胶颗粒对劈裂抗拉强度造成的不利影响，同样可以对橡胶颗粒表面进行预处理或者添加其它胶凝材料。例如Najim等[56]在研究中发现用砂浆对橡胶颗粒表面预处理可以将劈裂抗拉强度提升19%。Ismail等[57]在研究中发现掺加偏高岭土可以将SCRC的劈裂抗拉强度提高17%。此外，掺加纤维也是一种提升SCRC劈裂抗拉强度的有效方式，这是因为纤维分布在混凝土中起到了连接裂缝和加筋加固的作用[29,32,62]。例如Aslani等[63]在研究中发现掺加PP纤维或者钢纤维均能够提高SCRC的劈裂抗拉强度，当PP纤维体积分数为0.1%时，劈裂抗拉强度提高10.5%；当钢纤维含量为1%时，劈裂抗拉强度提高了51.1%。

表5 劈裂抗拉强度与橡胶颗粒掺量的关系Table 5 Relationship between splitting tensile strength and rubber content

2.3 弹性模量

弹性模量是决定混凝土变形能力的重要指标[66]，研究中发现由于橡胶颗粒与周围混凝土之间的粘结强度较低以及橡胶颗粒自身弹性模量较小、变形能力较强等原因[13,21]，使得SCRC的弹性模量随着橡胶颗粒掺量的增加而逐渐减小，如表6中所示。此外，从SCRC单轴压缩应力-应变曲线中发现随着橡胶颗粒掺量的逐渐增加，峰值应力逐渐下降，但峰值应力对应的峰值应变逐渐增大，这说明随着橡胶颗粒掺量的增加，SCRC的脆性减弱，韧性和变形能力增强，如图4所示[67]，图中S1～S9表示橡胶颗粒体积掺量分别为0%、3%、5%、10%、15%、20%、25%、30%和35%的SCRC。另一方面，通过在SCRC中掺加少量偏高岭土有利于减小弹性模量的损失[57]，但掺加钢纤维[13]或者其他人造纤维[65]对SCRC的弹性模量不会产生明显影响。

表6 弹性模量与橡胶颗粒掺量的关系Table 6 Relationship between elastic modulus and rubber content

图4 SCRC的应力-应变曲线[67]Fig.4 Stress-strain relationship curves of SCRC[67]

2.4 抗折强度

大部分研究发现当橡胶颗粒被用作细骨料或者粗骨料时，随着橡胶掺量的增加，SCRC的抗折强度均逐渐减小，如表7中所示。造成SCRC抗折强度下降的原因与上述造成抗压强度、劈裂抗拉强度下降的原因相似[21]。但是也有研究发现掺加橡胶颗粒能够增强SCRC的抗折强度，这主要归因于橡胶颗粒具有较好的拉伸承载能力[69]。此外，由于橡胶属于弹性体，在试块弯折过程中其具有较好的变形能力和吸能能力[70]，因此掺加橡胶颗粒会使SCRC试块的弯折韧性和断裂能提高[16,37,61,71]。

为了补偿掺加橡胶颗粒对SCRC抗折强度造成的不利影响，可以采取对橡胶颗粒表面进行预处理、掺加其他粉体或纤维的方式[13,33,56,66]。如Ismail等[57]在研究中发现当用橡胶颗粒取代砂子体积的20%、30%、40%时，用偏高岭土取代20%的水泥可以将SCRC的28 d抗折强度平均提高14.6%。AbdelAleem等[65]在试验中得出掺加人造柔性纤维、人造半刚性纤维和人造钢纤维能够显著提升SCRC的抗折强度，并且掺加1%体积分数的人造纤维即可有效补偿掺加体积分数30%橡胶颗粒造成的抗折强度损失。

表7 抗折强度与橡胶颗粒掺量的关系Table 7 Relationship between flexural strength and rubber content

续表

2.5 抗冲击性能

图5 橡胶颗粒含量与SCRC抗冲击性能的关系[13]Fig.5 Relationship between rubber content and SCRC impact resistance[13]

在一些工程领域，如海岸防护堤、机场跑道等，巨大的冲击荷载会加速降低混凝土材料的耐久性和使用寿命，因此需要针对SCRC的抗冲击性能开展研究。在研究中，通常采取重复跌落冲击试验[12,72]和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验[73]来检测混凝土的抗冲击性能。例如Ismail等[13]在研究中用粒径不超过4.75 mm的橡胶颗粒取代砂子体积的5%、10%、15%、20%、25%、30%，通过重复跌落冲击试验发现随着橡胶颗粒掺量的增加，试块首次开裂和最终破坏的冲击次数均逐渐增加，试验结果如图5所示，这表明SCRC的脆性逐渐下降，延展性和抗冲击性逐渐提高。AbdelAleem等[65]通过试验研究同样发现随着橡胶颗粒掺量的增加，SCRC试块的抗冲击能力不断提高。在重复跌落冲击试验中，当橡胶体积掺量为30%时，SCRC试块的能量吸收率相比于SCC试块提高了91%；在弯折冲击试验中，当橡胶体积掺量为25%时，SCRC试块的抗弯折冲击性能是SCC试块的2.42倍。此外，龙广成等[73]在SHPB试验中用粒径大小为1.18～2.36 mm的橡胶颗粒取代砂子体积的10%、20%、30%，并通过研究发现在应变率相近的条件下，随着橡胶颗粒掺量的增加，SCRC试块的破坏程度减弱，抗冲击性能得到明显提高。Li等[16]通过SHPB试验研究发现掺加橡胶颗粒的SCRC在冲击荷载作用下，试块受压过程中的临界应变和极限应变均显著提高，表明掺加橡胶颗粒能够显著增强SCRC的变形能力、韧性和抗冲击性能。

总体来看，掺加橡胶颗粒能够显著提高SCRC试样的抗冲击性能和变形能力，但是现有研究中针对SCRC冲击破坏过程的研究仍比较缺乏。在未来需要针对SCRC的抗冲击性能做更多的研究，并从细观角度对SCRC的冲击破坏机理做研究分析。

2.6 疲劳特性

在混凝土疲劳试验中，通常将试块失效的循环加载次数定义为疲劳寿命[74]。为了研究掺加橡胶颗粒对SCRC疲劳特性的影响，Chen等[15]基于四点弯曲试验研究了细橡胶体积掺量为10%的SCRC的疲劳特性，试验结果发现相对于常规SCC，SCRC的疲劳寿命和变形性能得到明显改善，这主要是因为橡胶颗粒具有较好的变形耗能能力，在混凝土变形过程中可以吸收部分应变能。Chen等[75]研究了当橡胶颗粒取代砂子体积的10%、20%、30%时SCRC的弯曲疲劳特性，结果同样表明掺加橡胶颗粒提高了SCRC的疲劳破坏应变和弯折韧性。Lv等[76]通过单轴压缩疲劳试验研究了用连续级配橡胶颗粒取代砂子体积的10%、20%、30%、40%、50%对自密实橡胶轻骨料混凝土(Self-Compacting Rubber Lightweight Aggregate Concrete，SCRLC)疲劳特性的影响，研究结果表明随着橡胶颗粒掺量的增加，SCRLC的疲劳寿命和疲劳应变均得到提高，并且当橡胶替代掺量为30%时，SCRLC的抗疲劳性能最好。作者还基于双参数Weibull分布建立了失效概率为0.05和0.50时SCRLC疲劳寿命的预测模型，分别如式(1)、式(2)所示。

(1)

(2)

式中：SCLC表示自密实轻骨料混凝土；SCRLC10～SCRLC50分别表示橡胶颗粒体积掺量为10%～50%的SCRLC；S为应力水平；Nf为疲劳寿命。

2.7 阻尼比

试验研究发现掺加橡胶颗粒会使SCRC的阻尼性能显著增强[19]，这与常规振捣橡胶混凝土的表现相同[77]。例如Li等[16]通过试验研究发现用橡胶颗粒取代砂子能够显著增强SCRC的阻尼性能，并且当橡胶颗粒体积掺量为30%时，掺加0～0.3 mm粒径橡胶颗粒的SCRC阻尼性能比掺加1～2 mm粒径和2～4 mm粒径橡胶颗粒的SCRC分别高7.5%和9.6%，这说明SCRC非常适用于以吸震减振为主的领域。造成SCRC阻尼性能显著增强的原因：一方面橡胶颗粒自身具有较好的弹性和变形能力，另一方面橡胶颗粒与周围混凝土之间界面处的微小孔隙有助于提升SCRC的延展性和阻尼性能[61]。

3 耐久性能

3.1 干收缩性

在研究中，Yung等[78]用30目(0.595 mm)、50目(0.297 mm)以及二者混合的橡胶颗粒分别取代砂子体积的5%、10%、15%、20%，研究发现随着橡胶掺量的增加，SCRC的收缩率逐渐增大。当体积掺量为5%时，最大收缩率平均增加了35%；当体积掺量为20%时，最大收缩率平均增加了95%。Lv等[79]研究了用橡胶颗粒取代砂子体积的10%、20%、30%、40%、50%对SCRLC收缩性能的影响，结果发现随着橡胶掺量的增加，在各个龄期的SCRLC的收缩应变均逐渐增加，并且龄期越长，收缩应变越大。

从上述研究发现，掺加橡胶颗粒通常会造成SCRC收缩率的增大，这主要是因为掺加橡胶颗粒会导致混凝土中孔隙总体积的增加，并且相比于自然骨料，橡胶颗粒的变形能力较强，在混凝土收缩过程中，对周围混凝土的支撑作用弱于自然骨料[54,81]。而通过适当减小水胶比或对橡胶颗粒表面进行预处理可以在一定程度上减少SCRC的收缩。

图6 橡胶骨料对SCRC收缩性能的影响[24]Fig.6 Effect of rubber aggregate on shrinkage of SCRC[24]

3.2 吸水率

图7 吸水率、吸附高度与橡胶颗粒含量、粒径的关系[16]Fig.7 Relationship between water absorption, sorptivity height and rubber aggregate content and size[16]

另一方面，傅强等[84]通过毛细吸水试验研究了橡胶掺量对SCRC毛细吸水性能的影响，研究发现当水胶比相同时，随着橡胶掺量的增加，SCRC的毛细吸水性逐渐减弱。Li等[16]在研究中用0～0.3 mm、1～2 mm、2～4 mm的橡胶颗粒分别取代砂子，发现随着橡胶颗粒掺量的增加，SCRC的吸水率、水的吸附高度均下降。造成上述现象的原因可以概括为两点：(1)橡胶材料自身的疏水性使得水被吸收的驱动力下降；(2)橡胶颗粒粗糙的表面使得毛细管通道长度增加[84]。此外，橡胶颗粒越细，橡胶与周围混凝土之间的微小孔隙数量越多，这使得橡胶颗粒粒径为0～0.3 mm时，SCRC的吸水率和吸附高度最大，如图7所示。

从上述研究结论发现，掺加橡胶颗粒通常会造成SCRC的浸没吸水率增大，毛细吸水率减小。未来需要针对橡胶颗粒的形状、粒径、掺量等因素对SCRC吸水性能的影响做更全面、更精细的研究，并从细观尺度进行机理解释和分析。

3.3 抗冻性

在寒区工程中，冻胀现象会对混凝土结构的耐久性造成严重威胁。为了研究掺加橡胶颗粒对SCRC抗冻性的影响，马昆林等[34]在试验中用1.4～2.3 mm粒径的橡胶颗粒取代砂子体积的0%、5%、10%、15%、20%，并发现当橡胶掺量不超过10%时，SCRC的相对动弹性模量随着冻融循环次数的增加先增大后减小；当橡胶掺量超过10%时，相对动弹性模量随着冻融循环次数的增加逐渐减小。同时随着冻融循环次数的增加，SCRC试块的质量损失率逐渐增加，表层剥蚀现象严重，如图8所示。然而，Richardson等[85]在研究中发现当橡胶掺量最优时，SCRC的抗冻性能显著优于SCC，并且随着冻融循环次数的逐渐增加，SCRC的质量损失率变化很小；而SCC试块在冻融循环次数超过42次时，质量损失率急剧增加，如图9所示，图中Batch A、Batch B和Batch C分别表示经清洗的橡胶混凝土、未清洗的橡胶混凝土和普通混凝土。试块的最终外观照片如图10所示。

图8 冻融循环200次后SCRC试块外观[34]Fig.8 Appearance of SCRC after 200 freeze-thaw cycles[34]

图9 试块质量损失与冻融循环次数的关系[85]Fig.9 Relationship between the mass loss and the number of freeze-thaw cycles[85]

图10 SCC和SCRC的最终外观[85]Fig.10 Final appearance of SCC and SCRC[85]

研究发现，当选择适当的橡胶颗粒掺量时，掺加橡胶颗粒可以有效提高SCRC的抗冻性能，这主要因为：(1)掺加橡胶颗粒会起到引气作用，均匀分布的微小孔隙可以缓解混凝土内部的冻胀压力；(2)橡胶颗粒自身弹性较好，在混凝土受冻体积膨胀时，可以一定程度上削弱膨胀产生的内部应力[34]。

3.4 氯离子渗透性

但是也有研究发现掺加橡胶颗粒会降低SCRC的氯离子渗透性，例如马昆林等[34]在试验中发现随着橡胶体积掺量从0%增加至20%，SCRC的56 d电通量逐渐下降，表明抗氯离子性能逐渐提高。造成SCRC抗氯离子渗透性能提高的原因可能有两点：(1)掺加橡胶颗粒阻断了混凝土内部毛细孔的连接,增加了内部孔隙的曲折度，改善了SCRC中的孔结构分布；(2)橡胶颗粒的疏水性有效降低了含氯离子溶液的毛细作用。在另一研究中，Li等[16]用1～2 mm的橡胶颗粒取代砂子体积的10%、20%、30%，用0～0.3 mm、2～4 mm的橡胶颗粒分别取代砂子体积的30%，研究发现随着1～2 mm橡胶颗粒掺量的增加，SCRC中通过电荷的量逐渐减小，表明SCRC的抗氯离子渗透能力逐渐增强。同时发现当橡胶掺量均为30%时，掺加2～4 mm橡胶颗粒对氯离子渗透能力的降低效果最好，试验结果如图11所示。

图11 电荷通过量与橡胶含量、粒径的关系[16]Fig.11 Relationship between charge passed and rubber aggregate content and size[16]

3.5 电阻性

混凝土的高电阻率可以有效减缓钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀速率，增强结构的耐久性[86]。针对SCRC电阻性能的研究，Yung等[78]在试验中分别用30目(0.595 mm)、50目(0.297 mm)以及二者混合的橡胶颗粒取代砂子体积的5%、10%、15%、20%，研究发现当未掺加橡胶颗粒时，SCC的56 d表面电阻为36.75 kΩ·cm，掺加30目、50目以及二者混合的橡胶颗粒，SCRC的56 d表面电阻分别为40.5～44.88 kΩ·cm、37.33～41.55 kΩ·cm、34.5～37.18 kΩ·cm，并且随着橡胶掺量的增加，SCRC的表面电阻逐渐增大。Si等[20]在试验中用1.44～2.83 mm的橡胶颗粒取代砂子体积的15%，同时用经过NaOH溶液处理的橡胶颗粒取代砂子体积的15%、25%。结果表明掺加橡胶颗粒增大了SCRC的电阻率，三组SCRC试样的28 d电阻率相比于SCRC分别提高了36.55%、51.27%、52.28%。

从上述研究发现掺加橡胶颗粒会提升SCRC的电阻率，这主要因为橡胶材料具有绝缘性，将其掺加到SCRC中，分散的橡胶颗粒会阻断混凝土内部的连通孔隙，从而阻断孔隙内液体中的电荷传播，达到提升电阻率的效果[87-88]。

4 微观结构

由于橡胶颗粒表面粗糙并且自身具有疏水性，这容易造成硬化后的SCRC中橡胶颗粒与周围混凝土之间的界面粘结区域较薄弱。为了更清楚地研究橡胶颗粒与周围混凝土之间的界面过渡带(Interface Transition Zone，ITZ)，Zaoiai等[24]通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现在硬化后的SCRC中，橡胶颗粒与周围混凝土之间会产生明显的界面缝隙，这不仅会增加SCRC中的孔隙率，还会对SCRC的力学性能和耐久性能造成不利影响[76]。为了改善橡胶颗粒与周围混凝土之间的界面粘结缺陷，Najim等[56]在研究中分别用水泥浆、砂浆、水和NaOH溶液对橡胶颗粒表面进行预处理，SEM照片如图12所示。研究发现五组试件中ITZ界面宽度分别为19 μm、16 μm、14.5 μm、15 μm和17 μm，表明采用上述四种方式对橡胶颗粒表面进行预处理均能够改善橡胶颗粒与基质间ITZ的薄弱粘结，并且采用砂浆处理的效果最好。

从上述研究发现橡胶颗粒与周围混凝土基质之间的界面粘结通常比较薄弱，这会对SCRC的力学性能和耐久性能造成不利影响。目前，能够显著改善ITZ粘结效果的方法依然比较缺乏，在未来需要针对如何改善橡胶颗粒与混凝土基质之间ITZ的粘结效果进行更多的试验探究。

图12 橡胶骨料与混凝土之间的界面粘结[56]Fig.12 Interfacial bonding between the rubber aggregate and concrete[56]

5 结论与展望

(1)掺加橡胶颗粒通常会造成SCRC的自密实性能下降，并且掺量越高，下降越明显。同时，新拌和的SCRC和SCRM均表现出剪切增稠特征，并且橡胶骨料粒径越大、掺量越高，剪切增稠特征越显著。但密度小、质量轻的橡胶颗粒在SCRC中的运动分布情况与SCRC流变特性间的定量关系，有待进一步研究。

(2)随着橡胶掺量的增加，SCRC的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度均逐渐降低；相比于SCC，SCRC表现出更优异的变形性能、抗冲击性能、抗疲劳性能和阻尼性能。但在橡胶颗粒特性与SCRC力学强度之间缺乏成熟的数学预测模型，这有待进一步研究。

(3)掺加橡胶颗粒会造成混凝土拌合物中的含气量增加,孔隙率增大，从而使得SCRC的浸没吸水率和干收缩性增加，并且收缩率随着橡胶掺量的增加而增大。但是，掺加橡胶颗粒会降低SCRC的毛细吸水率，致使SCRC表现出更优异的抗冻性、抗氯离子渗透性和电阻性，并且随着橡胶掺量的增加，SCRC的抗氯离子渗透性和电阻性逐渐增强。

(4)通过SEM照片发现橡胶颗粒与混凝土基质之间的ITZ粘结薄弱，而对橡胶颗粒表面进行预处理可以增强ITZ的粘结，但作用效果有限。因此，需要针对如何增强ITZ的粘结做更多的试验研究，探究能够更加便捷、环保、经济、高效地改善界面粘结的方法。

(5)此外，掺加更小粒径的橡胶粉对SCRC自密实性能、力学性能、耐久性能和内部微观结构的影响，有待进一步研究；应对实际工程应用中SCRC的性能进行更多的探究，全面评估SCRC的工程应用可靠性。